基于刚度矩阵法的柔性机构设计平台开发

发布时间：2017-08-16 08:13

  本文关键词：基于刚度矩阵法的柔性机构设计平台开发

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【摘要】：随着生物工程、微机电系统及机器人等领域的快速发展,柔性机构的应用越来越广泛,但由于缺少专业的设计工具,导致其在设计时工作量大,周期长,限制了其进一步的发展与应用。本文将伪刚体法和刚度矩阵法融入到柔性机构的设计中,以AutoCAD为支撑软件,在Visual Studio 2010编程环境下,开发了具备建模、分析、优化功能的柔性机构设计平台。该平台由构件库、单元模型、优化设计和数据管理四个模块组成,为柔性机构产品的制作提供了全面、准确的参考数据。本文主要工作为：首先,利用AutoCAD提供的和造型相关的API接口,编写程序,运用参数化技术,开发出柔性机构中常用构件的模板库。借助人机交互技术,在建立柔性机构伪刚体模型的同时提取构件的位置信息,将图形信息和位置信息存储在数据库中,该模块属于数据输入阶段,为刚度矩阵的计算作好准备。其次,将柔性机构的伪刚体模型离散化为多个构件单元,采用面向对象思想,建立了对应的数据模型,将刚度矩阵和载荷列向量的生成,以及柔性机构的优化设计过程转化为对数据模型的操作。该模块属于数据处理阶段,是平台的处理器。再次,建立了数据管理模块,利用ADO.NET技术和AutoCAD提供的相关API接口,实现了AutoCAD应用程序中的图形信息和Access数据库中数据的关联,用以存储、显示和修改柔性机构设计过程中的重要数据。该模块不仅为其他三个功能模块服务,管理不同阶段产生的数据,还存储最后的计算结果,为柔性机构的设计提供参考数据。最后,利用所开发的柔性机构平台,以一种3-RRR平面微定位平台为研究对象,对其进行了性能分析,将性能分析结果与ANSYS静态力学仿真结果进行了对比,验证了应用程序的有效性,并以动平台运动空间为目标,对微定位平台进行了优化,对微定位平台的设计具有一定的参考意义。
【关键词】：柔性机构 伪刚体法 刚度矩阵法 优化设计 微定位平台
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH122
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-17
• 1.2.1 柔性机构设计方法研究现状10-15
• 1.2.2 CAD技术研究现状15-17
• 1.3 本文主要工作17-18
• 2 平台需求分析与总体设计18-36
• 2.1 需求分析18-19
• 2.2 计算模型建立19-29
• 2.2.1 刚度矩阵法概述19-20
• 2.2.2 伪刚体模型的刚度矩阵20-26
• 2.2.3 优化模型建立26-29
• 2.3 关键技术29-33
• 2.3.1 开发工具29-32
• 2.3.2 数据库的选择32
• 2.3.3 动态链接库的建立32-33
• 2.4 平台总体设计33-35
• 2.5 本章小结35-36
• 3 柔性机构设计平台的实现36-51
• 3.1 面向对象编程技术36-37
• 3.2 参数化构件库模块设计37-40
• 3.2.1 AutoCAD的对象模型37-38
• 3.2.2 建立参数化的构件库38-40
• 3.3 总刚度矩阵及载荷列向量模块的设计40-44
• 3.3.1 面向对象的数据模型建立40-42
• 3.3.2 总刚度矩阵的自动生成42-43
• 3.3.3 载荷列向量的自动生成43-44
• 3.4 性能分析与优化模块设计44-47
• 3.4.1 面向对象的数据模型建立44-45
• 3.4.2 性能分析与优化设计模块45-47
• 3.5 数据管理模块设计47-50
• 3.5.1 数据库结构图47-48
• 3.5.2 数据管理系统的建立48-50
• 3.6 本章小结50-51
• 4 基于柔性机构设计平台的微定位平台优化设计51-61
• 4.1 微定位平台的性能分析51-56
• 4.2 微定位平台的尺寸优化56-59
• 4.3 本章小结59-61
• 结论61-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况66-67
• 致谢67-68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 于靖军,毕树生,宗光华,赵东;基于伪刚体模型法的全柔性机构位置分析[J];机械工程学报;2002年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 卫江红;基于SolidWorks的连杆机构的运动分析与仿真[D];大连理工大学;2006年

2 陈秀;基于GA-ESO的变形柔性机构综合优化方法及其应用[D];西北工业大学;2007年

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本文编号：682182